|
Каковы эти реакции? Главным образом те же, что вызывают взрыв водородной бомбы, — слияние четырех ядер водорода (протонов) через ряд промежуточных реакций в ядро атома гелия. Это так называемый протон-протонный цикл. Ядро атома гелия весит чуть меньше, чем четыре протона, и в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна E = mc2 эта разница в массе переходит в энергию, которая и идет на разогрев вещества. Попробуем провести простые количественные оценки выхода энергии в этой реакции. Четыре протона в атомных единицах весят — 4,03252. Но хорошо известно, что ядро атома гелия в тех же единицах весит 4,00389. Именно эта разница в массах и переходит в энергию: mc2 = E = 1,67?10–24 · 0,02863 · (3 · 1010)2 = 4,3 · 10–5 эрг на одно ядро. Если весь водород Солнца превратится в гелий, то выделится чудовищное количество энергии ~ 1052 эрг. Так как Солнце излучает каждую секунду 4 · 1033 эрг, то топлива в Солнце хватит примерно на 100 миллиардов лет. Теперь о механизмах термоядерных реакций в звездах. Протон-протонный цикл начинается с образования дейтерия: 1H + 1H ? 2D + e+ + ? + 1,44 МЭВ. Вообще говоря, «выход» этой реакции очень мал. Даже в недрах звезд, где условия в общем-то благоприятствуют ее прохождению, лишь один из десятков миллиардов протонов имеет возможность превратиться в дейтерий. Дополнительная трудность для начальной реакции состоит в том, что один из протонов во время акта столкновения должен успеть превратиться в нейтрон. Ведь ядро дейтерия состоит не из двух протонов, а из протона и нейтрона! Выручает то обстоятельство, что число протонов огромно, и поэтому все-таки необходимые условия для некоторых из них выполняются, и начальная реакция «запускает» протон-протонный цикл. Далее дейтерий соединяется вновь с протоном, образуя изотоп гелия-3: 2D + 1H ? 3He + ? + 5,49 МЭВ. Затем возможны уже три направления ядерных реакций. Главный путь — взаимодействие двух ядер изотопа 3He: 3He + 3He ? 4He + 1H + 1H + 12,85 МЭВ. Все возвращается здесь на круги своя: мы снова имеем два протона, цикл замкнулся, но нам надо запомнить, что в результате цикла появилось ядро атома гелия. Это и есть «столбовая» дорога протон-протонного цикла. Кроме нее, существуют два побочных пути. Первый состоит во взаимодействии гелия-3 и гелия-4, в результате чего образуется ядро бериллия-7. Ядро бериллия может захватить протон и превратиться в бор-8, бор-8 претерпевает бета-распад: — 123 —
|